以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、例示であり、本開示による面状光源は、以下の実施形態に限られない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、工程、その工程の順序などは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。以下に説明する各実施形態は、あくまでも例示であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の組み合わせが可能である。
図面が示す構成要素の寸法、形状などは、分かりやすさのために誇張されている場合があり、実際の面状光源における寸法、形状および構成要素間の大小関係を反映していない場合がある。また、図面が過度に複雑になることを避けるために、一部の要素の図示を省略することがある。なお、切断面のみを示す端面図を断面図として示す場合がある。
以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。以下の説明では、特定の方向または位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語)を用いる場合がある。しかしながら、それらの用語は、参照した図面における相対的な方向または位置を分かりやすさのために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」などの用語による相対的な方向または位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品、製造装置などにおいて、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。本開示において「平行」とは、特に他の言及がない限り、2つの直線、辺、面などが0°から±5°程度の範囲にある場合を含む。また、本開示において「垂直」または「直交」とは、特に他の言及がない限り、2つの直線、辺、面などが90°から±5°程度の範囲にある場合を含む。
(面状光源の実施形態)
図1は、本開示の実施形態による面状光源の外観の一例を示す。図1には、説明の便宜のために、互いに直交するX方向、Y方向およびZ方向を示す矢印をあわせて図示している。本開示の他の図面においてもこれらの方向を示す矢印を図示することがある。図1に示す面状光源1000は、概略的には、配線基板1100と、配線基板1100に支持された導光部材1200とを含む。
配線基板1100は、例えばフレキシブルプリント基板をその一部に含み得る。図1に例示する構成において、配線基板1100は、導光部材1200の配置されている領域から延びる延伸部110tを含んでいる。この例では、延伸部110tの数は、4つである。延伸部110tのそれぞれは、外部の電源などへの接続のための端子を有する。
導光部材1200は、配線基板1100の上面1100a側に配置され、全体として概ね板状の形状を有する。導光部材1200は、配線基板1100の上面1100aの法線方向(ここでは図のZ方向に一致)に見た上面視において、典型的には、矩形状の外形を有する。図1に示す例において、導光部材1200は、Y方向と比較してX方向に長い長方形状を有している。すなわち、ここでは、導光部材1200の長方形状の長辺は、X方向に平行であり、短辺は、Y方向に平行である。後述するように、導光部材1200と、配線基板1100との間には、導光部材1200を配線基板1100の上面1100aに固定するための接着層などの他の部材が介在され得る。
図1に例示する構成において、導光部材1200は、それぞれがX方向またはY方向に延びる複数の溝部20gを有する。また、導光部材1200は、複数の貫通孔20h(以下、「第1貫通孔20h」と呼ぶ)を有する。図1中に拡大して模式的に示すように、各第1貫通孔20h内には、光源130が配置される。すなわち、面状光源1000は、複数の光源130を含んでいる。なお、図1に示す例では、第1貫通孔20hを覆う形状の光調整部材140が導光部材1200の上面1200a上に配置されている。
図1中に拡大して示すように、複数の第1貫通孔20hのそれぞれは、溝部20gによって四方を囲まれる。言い換えれば、複数の溝部20gは、それぞれが1つの第1貫通孔20hを有する複数の単位に導光部材1200を区画している。
図1に例示する面状光源1000は、それぞれが光源130を含む複数の単位構造100の集合体であるといえる。面状光源1000は、このような単位構造100が複数の行および列に配列された構成を有する。各単位構造100は、それ自身が発光可能な構造を有する。図1に示す例では、面状光源1000は、25行40列に配列された合計1000個の単位構造100を含む。本開示の実施形態において、面状光源1000中の単位構造100の数およびそれらの配置は、任意である。以下、単位構造100を発光領域100と呼ぶことがある。
図2は、面状光源1000中の発光領域100を導光部材1200の上面1200aに垂直に切断したときの断面を模式的に示す。図2は、図1に示すII-II線断面図に相当する。図2に示すように、発光領域100は、配線基板1100の一部と、導光部材120と、光源130と、光調整部材140とを含む。導光部材120は、図1に示す導光部材1200の一部であり、ここでは、導光部材120と配線基板1100との間に接着層(後述の第2接着層180)が配置されている。
導光部材120は、上面120a(第1主面)と、上面120aの反対側に位置する下面120b(第2主面)とを有する。導光部材120の下面120bは、導光部材120の2つの主面のうち、配線基板1100の上面1100aのより近くに位置する側の面である。
導光部材120は、上面視における中央付近に、導光部材120の上面120aから下面120bまで達する第1貫通孔20hを有する。第1貫通孔20hは、導光部材120の上面120aに位置する開口20aと、下面120bに位置する開口20bとを含む。
導光部材120は、第1貫通孔20hの形状を規定する少なくとも1つの内側面を有する。図1において破線で描かれているように、ここでは、第1貫通孔20hの2つの開口20a、20bは、上面視において円形状を有する。したがって、この例では、1つの内側面20cが第1貫通孔20hを規定している。第1貫通孔20hを規定する内側面の数は、3以上であってもよい。例えば第1貫通孔20hの開口20a、20bが多角形状を有する場合、第1貫通孔20hは、3以上の内側面によって規定され得る。
上述したように、第1貫通孔20h内には光源130が位置する。図2に模式的に示すように、光源130は、少なくとも発光素子32をその一部に含む。発光素子32は、例えば青色の光を出射する発光ダイオード(青色LED)であり、後に図面を参照しながら詳しく説明するように、下面側に一対の電極を有する。光源130は、第1貫通孔20h内の開口20b側において配線基板1100に接続される。
図2に示すように、発光領域100は、導光部材120の第1貫通孔20h内に位置する第1透光性部材150をさらに含んでいる。第1透光性部材150は、第1貫通孔20h内において光源130を覆う。図2に示す例では、第1透光性部材150の上面150aは、概ね平坦であり、かつ、導光部材120の上面120aに整合している。図2に例示する構成において、第1透光性部材150の上面150aおよび導光部材120の上面120aの全体は、発光領域100の発光面を構成するといってよい。
図3は、図2中に破線で示す円CQに囲まれた領域を拡大して示す。本開示の実施形態において、第1透光性部材150は、第1貫通孔20h内の空間のうち光源130以外の領域の大部分を占有し得るものの、第1貫通孔20h内の空間のうち光源130以外の領域の全体を占有することはない。
図3に模式的に示すように、第1透光性部材150は、第1貫通孔20hの内側面20cの全体に接してはおらず、内側面20cに部分的に接する。言い換えれば、第1透光性部材150の表面は、第1貫通孔20hの内側面20cに接していない領域を含んでいる。ここで、本明細書において、第1透光性部材150の「表面」とは、第1透光性部材150の外形を規定する、第1透光性部材150の外部に位置する他の部材または媒質との間の境界のうち、導光部材120の上面120a側に位置する開口20aの内側に表れた上面150aを除いた部分を指す。
すなわち、面状光源1000中の発光領域100は、第1貫通孔20h内に、導光部材120の材料および第1透光性部材150の材料のいずれにも占有されない空隙GPを有している。空隙GPは、第1貫通孔20hの、導光部材120の上面120a側の開口20aよりも下面120b側の開口20bの近くに位置し得る。本開示の典型的な実施形態において、面状光源1000は、第1貫通孔20hの下側の隅部に1以上の空隙GPを有する少なくとも1つの発光領域100を含む。
本開示の実施形態では、第1透光性部材150の表面は、第1貫通孔20h内に、第1貫通孔20hの内側面20c、配線基板1100の上面1100aのいずれからも離れている第1領域R1を含んでいる。第1透光性部材150の表面の一部である第1領域R1は、第1貫通孔20hの内側面20cから配線基板1100の上面1100aと平行な第1方向(例えばX方向)に離れており、かつ、配線基板1100の上面1100aからも、配線基板1100の上面1100aと垂直な第2方向(例えばZ方向)に離れている。別の言い方をすれば、図3に示す例において、第1領域R1は、第1貫通孔20hの内側面20cと第1方向に対向し、かつ、第2接着層180の上面180aと第2方向に対向している。第1領域R1が、第1貫通孔20hの内側面20cと第1方向に対向し、かつ、配線基板1100の上面1100aと第2方向に対向することもあり得る。すなわち、第1領域R1は、第1貫通孔20hの内側面20cおよび配線基板1100の上面1100aのいずれとも接していない。
図3に示す例において、第1貫通孔20h内の空隙GPは、導光部材120の第1貫通孔20hの内側面20c、第2接着層180の上面180aおよび第1透光性部材150の表面の第1領域R1に囲まれた空間である。空隙GPの内部には、第1透光性部材150の材料とは異なる媒質(例えば空気)が位置する。そのため、光源130から出射された光のうち、第1透光性部材150の表面の特に第1領域R1に入射した成分の少なくとも一部は、第1領域R1の位置で反射され得る。すなわち、光源130から出射されて第1透光性部材150内を進行する光の一部を、第1透光性部材150と、配線基板1100の上面1100a近傍に位置する空隙GPとの界面で反射させることができる。
第1透光性部材150内を進行する光の一部を、第1透光性部材150と、空隙GPとの界面で反射させることにより、第1貫通孔20h内で第1貫通孔20hの上方(例えば開口20aの近傍)に向かう光を増大させ得る。その結果、発光領域100の発光面において、光源130の光軸上の領域と、その周囲の領域との間の輝度差を低減することが可能になる。LEDに代表される発光素子から発せられる光の強度は、光軸上において最も大きい傾向にある。光源130の光軸上の領域と、その周囲の領域との間の輝度差が低減されることにより、発光領域100の発光面において、光源130の光軸の直上から外側に向かっての輝度変化をなだらかにすることができる。言い換えれば、発光面の輝度ムラを低減し得る。
なお、複数の発光領域100の配列を含む面状光源1000において、すべての発光領域100が空隙GPを有することは、必須ではない。空隙GPを有する発光領域100と、空隙GPを有しない発光領域100とが面状光源1000に混在していることもあり得る。また、空隙GPを有する発光領域100の間で、空隙GPの配置および形状が一致していることも必須ではない。複数の発光領域100の間で、空隙GPの配置、形状および数などが異なることもあり得る。
本開示の典型的な実施形態において、第1透光性部材150の表面のうち第1領域R1は、第1透光性部材150よりも小さな屈折率を有する媒質と、第1透光性部材150との間の境界面を構成する。空隙GPの内部に位置する媒質が第1透光性部材150の材料よりも低い屈折率を示すことにより、第1透光性部材150との界面での全反射を利用して、第1貫通孔20hの上方に向かう光を増大させ得る。すなわち、より効果的に発光面の輝度ムラを低減し得る。
第1透光性部材150よりも小さな屈折率を有する媒質の典型例は、空気である。第1貫通孔20hの内側面20c、配線基板1100の上面1100aおよび第1透光性部材150の表面の第1領域R1に囲まれた空間に空気が位置することにより、空隙GPの内部を他の媒質で満たした場合と比較して、空隙GPの内部の媒質と、第1透光性部材150との間の屈折率差を拡大できる。空隙GPの内部に位置する媒質は、空気に加えて、樹脂材料から発生するガスなどを含有していてもよい。
図4は、面状光源1000を配線基板1100の上面1100aに垂直に切断したときの断面のうち第1貫通孔20h内の空隙GPとその周囲とを模式的に示す。図4は、第1貫通孔20h内の空隙GPの形状の一例を示している。図4に示す例において、第1透光性部材150の表面の第1領域R1は、凹状を有している。言い換えれば、この例では、配線基板1100の上面1100aに垂直な断面における第1領域R1の形状は、光源130に向かって凸の曲線状となっている。第1領域R1の断面形状が、光源130に向かって凸の曲線状を有することにより、光源130からの光を第1貫通孔20hの上方から効率良く取り出すことができる。
空隙GPの、X方向に沿った長さ(空隙GPの幅と言ってもよい)W1は、例えば10μm以上150μm以下、より好ましくは70μm以上75μm以下の範囲である。空隙GPの、図のZ方向に沿った長さ(空隙GPの高さと言ってもよい)H1は、例えば10μm以上150μm以下、より好ましくは50μm以上70μm以下の範囲である。図4に示す例では、断面視における第1領域R1の形状は、概ね円弧状に描かれている。ただし、これはあくまでも第1領域R1の形状を模式的に表したに過ぎず、断面視における第1領域R1の形状は、図4に示す形状に限定されない。
図5は、第1貫通孔20h内の空隙GPの形状の他の一例を示す。図5に示す例では、第1透光性部材150の表面の第1領域R1は、図4に示す例とは逆に、配線基板1100の上面1100aに垂直な断面において、光源130から離れる方向に膨らんだ凸状を有している。第1領域R1の断面形状が、光源130から離れる方向に膨らんだ凸状を有することにより、光源130からの光を横方向に伝播させつつ、第1貫通孔20hの上方にも取り出すことができる。断面視における第1領域R1の形状は、図4および図5に例示する形状に限定されず、これらの図に示す形状を組み合わせた形状、あるいは、不定形状などであってもよい。
図4および図5に例示する構成において、配線基板1100の上面1100aの法線方向(ここでは図のZ方向に一致)における、第1貫通孔20h内の空隙GPのサイズは、導光部材120の下面120bから光源130の上面130aまでの最大距離(図5中に実線の両矢印D2で示す距離)よりも小さい。Z方向において空隙GPのサイズが導光部材120の下面120bから光源130の上面130aまでの最大距離よりも小さいと、配線基板1100の上面1100aに平行な面内(横方向といってもよい)に光を広げながらも、第1貫通孔20h内で第1貫通孔20hの上方(例えば開口20aの近傍)に向かう光を増大させやすい。また、配線基板1100の上面1100aの法線方向における、第1貫通孔20h内の空隙GPのサイズが、導光部材120の下面120bから発光素子32の上面32aまでの最大距離よりも小さいと有益である。
ここで、上面1100aの法線方向における空隙GPのサイズとは、導光部材120の下面120bの位置を基準として、第1透光性部材150の表面の第1領域R1のうち上面1100aの法線方向において導光部材120の下面120bから最も遠い点までの距離、すなわち、導光部材120の下面120bから第1領域R1までの最大距離(図5中に実線の両矢印D1で示す距離)を指す。本開示の典型的な実施形態において、第1透光性部材150の表面の第1領域R1は、光源130の上面130aよりも低い位置にある。
図6および図7は、導光部材120の第1貫通孔20h内の空隙GPの、上面視における配置の例を模式的に示す。なお、これらの図では、理解の容易のために、発光領域100の発光面上に位置する光調整部材140を除いて、配線基板1100の上面1100aの法線方向に見たときの発光領域100の外観を模式的に示している。図6および図7では、第1貫通孔20h内において空隙の位置する部分を網掛けにより模式的に示している。
図6に示す例では、第1貫通孔20h内において、第1貫通孔20hの円筒状の内側面20cに沿って空隙GPが切れ目なく配置されている。言い換えれば、この例では、第1透光性部材150の表面の第1領域R1の上面視形状は、第1貫通孔20hの開口20a、20bの円形状にしたがった円環状を有している。
他方、図7に示す例では、複数の空隙が、第1貫通孔20hの内側面20cに沿って第1貫通孔20h内に配置されている。より具体的には、図7に示す例では、それぞれが第1貫通孔20hの開口20a、20bの円形状にしたがった円弧状の第1~第4の空隙GP1~GP4が、第1貫通孔20h内に配置されている。
このように、第1透光性部材150の表面の第1領域R1は、上面視において、それぞれが第1貫通孔20hの内側面20cに沿って延びる複数の部分を含んでいてもよい。第1領域R1は、図7に例示する構成のように4つの部分を含んでいてもよいし、より少ない数またはより多い数の複数の部分を含んでいてもよい。第1領域R1に含まれる複数の部分の形状が、これらの間で相似である必要はない。第1領域R1が複数の部分を含む場合、これら複数の部分は、光源130の光軸を中心として回転対称性を有する配置を有していてもよい。
次に、本開示の実施形態の面状光源1000に適用可能な光源130の例を説明する。図2を参照しながら説明したように、光源130は、少なくとも発光素子32をその一部に含む。
図8および図9は、面状光源1000に適用可能な光源130の例示的な構成を示す。図8は、光源130を上面130aとは反対側から見たときの外観の一例を示す。図9は、図8に示す、上面130aに垂直な平面Σで光源130を切断したときに現れる断面を模式的に示す。
図9に例示する構成において、光源130は、発光素子32と、第2透光性部材34と、第2透光性部材34上に位置する第1光反射層36と、発光素子32の下面32b側に位置する第2光反射層38とを含む。
発光素子32は、配線基板1100の上面1100a側に位置する下面32bに一対の電極32eを有する。電極32eは、複数の層を含む積層構造を有し得る。図9に示す例では、電極32eは、銅などから形成された柱状の第1導電部材3と、第1導電部材3のうち第2光反射層38から露出された部分を覆う金属層4とを含んでいる。金属層4は、例えばニッケルおよび金の積層膜である。
図8に示す例では、光源130の下面に相当する、第2光反射層38の下面38bに電極32eの金属層4が現れている。言い換えれば、電極32eの下面32ebは、第2光反射層38から露出されている。
発光素子32は、下面32bとは反対側の上面32aを有する。第2透光性部材34は、発光素子32の上面32aと、側面32cの少なくとも一部とを覆う。第1光反射層36は、第2透光性部材34の上面34a上に配置されることにより、発光素子32の上面32aの上方に位置する。第1光反射層36の上面36aは、光源130の上面130aを構成する。ここでは、光源130の上面130aとしての上面36aは、上面視において矩形状を有する。上面36aの矩形状の一辺の長さは、例えば850μm程度であり得る。
発光素子32の上面32aの上方に第1光反射層36を配置することにより、発光素子32から上方に向けて出射された光の少なくとも一部を第1光反射層36で反射させることができる。第1光反射層36と第2透光性部材34との界面での反射により、主に光源130の側方に光を取り出すことが可能になり、面状光源1000の発光面のうち光源130の直上の領域における輝度(特に発光素子32の光軸上の輝度)を抑えることができる。また、光源130のこのような構成は、空隙GPの表面での反射を有効に利用する観点からも有利である。
光源130は、導光部材120の第1貫通孔20h内に配置され、その周囲には、第1透光性部材150が配置される。なお、図2に示す例では、発光領域100は、第1透光性部材150上に位置する光調整部材140をさらに有している。この例では、光調整部材140は、第1透光性部材150の上面150aの全体を覆っている。
光調整部材140を光源130の上方に配置することにより、発光素子32から上方に向けて出射された光の少なくとも一部を光調整部材140で反射させることができる。したがって、発光領域100の発光面のうち発光素子32から離れた位置にある領域と比較して、発光素子32の直上に位置する領域の輝度が極端に高くなることを抑制し得る。すなわち、上面視において、第1貫通孔20hとその周囲との間に輝度の急峻な変化が生じることをより効果的に低減することが可能になる。
図2に例示するように、光調整部材140は、第1透光性部材150の上面150aだけでなく導光部材120の上面120aのうち第1透光性部材150の上面150aの周囲に位置する領域にまで位置していてもよい。なお、光調整部材140が第1透光性部材150の上面150aの全体を覆っていることは、必須ではない。光調整部材140は、第1透光性部材150の上面150aの一部が露出された形状を有していてもよい。
次に、導光部材120を支持する配線基板1100の概略を説明する。図2に例示する構成において、配線基板1100は、上面110aおよび下面110bを有する支持体110と、支持体110の下面110b上に配置された配線層116と、支持体110を貫通する導電部160と、支持体110の下面110b側に位置する絶縁層170とを含む。
配線基板1100の支持体110の典型例は、フレキシブルプリント基板である。ここでは、支持体110は、それぞれが支持体110の上面110aの法線方向に貫通する複数の貫通孔10h(以下、「第2貫通孔10h」と呼ぶ)を有している。1つの発光領域100に注目すると、支持体110は、発光素子32の一対の電極32eに対応して一対の第2貫通孔10hを有する。
図2に模式的に示すように、各第2貫通孔10h内には導電部160が配置される。各導電部160の一方の端部は、発光素子32の電極32eのうち対応する1つの下面32ebに接することにより、その電極との間に電気的接続を有する。第2貫通孔10h内の導電部160のそれぞれは、支持体110の下面110b側において配線層116まで延び、配線層116に電気的に接続される。
配線層116は、配線基板1100の延伸部110tの端子部(図1参照)まで延びる。このような導電構造を有することにより、配線基板1100は、支持体110の下面110b側の配線層116と、第2貫通孔10h内の導電部160とを介して、外部の電源から発光素子32に所定の電流を供給可能である。この例では、導電部160の一部および配線層116を覆う絶縁層170が支持体110の下面110b側にさらに配置されている。
次に、支持体110の上面110a側に注目すると、図2に示す例では、支持体110の上面110a上に第1接着層112が配置されている。また、この例では、第1接着層112上に光反射性シート114が配置されている。すなわち、この例では、配線基板1100は、支持体110に加えて第1接着層112および光反射性シート114を含んでいる。ここでは、光反射性シート114の上面が配線基板1100の上面1100aを構成している。
さらにこの例では、導光部材120と光反射性シート114との間に第2接着層180が配置されている。導光部材120は、第2接着層180によって配線基板1100に固定される。図2に示すように、上述の導電部160は、第1接着層112、光反射性シート114および第2接着層180を貫通して発光素子32の電極32eの下面32ebに達する。
以下、面状光源1000の各構成要素をより詳細に説明する。
[発光素子32]
上述したように、発光素子32の典型例は、LEDである。発光素子32は、サファイアまたは窒化ガリウムなどの透光性の支持基板と、支持基板上の半導体積層体と、半導体積層体に電気的に接続された一対の電極32eとを有し得る。発光素子32が支持基板を有する場合、支持基板の主面のうち、半導体積層体が配置された主面とは反対側の主面が、発光素子32の上面32aを構成する。
半導体積層体は、n型半導体層およびp型半導体層と、これらに挟まれた発光層とを含む。発光層は、ダブルヘテロ接合または単一量子井戸(SQW)などの構造を有していてもよいし、多重量子井戸(MQW)のようにひとかたまりの活性層群をもつ構造を有していてもよい。半導体積層体は、可視光または紫外光を発光可能に構成されている。このような発光層を含む半導体積層体は、例えばInxAlyGa1-x-yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)を含み得る。
半導体積層体は、n型半導体層とp型半導体層との間に1つ以上の発光層を含む構造を有していてもよいし、n型半導体層と発光層とp型半導体層とを順に含む構造が複数回繰り返された構造を有していてもよい。半導体積層体が複数の発光層を含む場合、半導体積層体は、発光ピーク波長が異なる発光層を含んでいてもよいし、発光ピーク波長が同じ発光層を含んでいてもよい。なお、発光ピーク波長が同じとは、数nm程度のばらつきがある場合も含む。各発光層は、発光ピーク波長が異なる複数の活性層を含んでいてもよいし、発光ピーク波長が同じ複数の活性層を含んでいてもよい。
[第2透光性部材34]
第2透光性部材34は、発光素子32の上面32a上と、側面32cの少なくとも一部上とに位置する。発光素子32が複数の側面32cを有する場合、第2透光性部材34は、各側面32c(例えば4つの側面32cのそれぞれ)の一部または全部を覆う。
第2透光性部材34の材料には、透明な樹脂を母材として含む樹脂材料を適用できる。第2透光性部材34の母材として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルペンテン樹脂もしくはポリノルボルネン樹脂、または、これらの2種以上を含む材料を用いてもよい。
第2透光性部材34は、発光素子32の発光ピーク波長を有する光に対して、例えば60%以上の透過率を有する。光の取出し効率を高める観点から、発光素子32の発光ピーク波長における第2透光性部材34の透過率が70%以上であると有益であり、80%以上であるとより有益である。
第2透光性部材34は、蛍光体などの波長変換材料を含有し得る。例えば、発光素子32に青色LEDを用い、発光素子32からの青色光の一部を波長変換して黄色光を発する波長変換材料を第2透光性部材34に含有させ得る。この場合、第2透光性部材34を通過した青色光と、第2透光性部材34に含まれる波長変換材料から発せられた黄色光との混色によって、白色光が得られる。
第2透光性部材34に含有させる波長変換材料には、公知の蛍光体を適用できる。蛍光体の例は、KSF系蛍光体(例えばK2SiF6:Mn)、KSAF系蛍光体(例えばK2(Si,Al)F6:Mn)などのフッ化物系蛍光体およびCASNなどの窒化物系蛍光体(例えばCaAlSiN3:Eu、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu)、YAG系蛍光体(例えばY3(Al,Ga)5O12:Ce)、βサイアロン蛍光体(例えば(Si,Al)3(O,N)4:Eu)などである。KSF系蛍光体、KSAF系蛍光体およびCASNは、青色光を赤色光に変換する波長変換材料の例であり、YAG系蛍光体は、青色光を黄色光に変換する波長変換材料の例である。βサイアロン蛍光体は、青色光を緑色光に変換する波長変換材料の例である。蛍光体は、ペロブスカイト構造を有する蛍光体(例えばCsPb(F,Cl,Br,I)3)、または、量子ドット蛍光体(例えばCdSe、InP、AgInS2またはAgInSe2)であってもよい。第2透光性部材34は、二酸化チタン、酸化ケイ素の粒子などの光拡散材をさらに含有していてもよい。
[第1光反射層36]
第1光反射層36は、第2透光性部材34の上面34a上に配置され、典型的には、上面34aの全体を覆う。第1光反射層36の材料には、例えば、白色の樹脂材料を用いることができる。白色の樹脂材料は、典型的には、母材と、光反射性のフィラーとを含む。
本明細書において、「光反射性」とは、発光素子32の発光ピーク波長における反射率が60%以上であることを指す。第1光反射層36の反射率は、面状光源1000の用途によって適宜に調整され得る。第1光反射層36は、発光素子32から出射された光を適度に反射させ、発光素子32直上の輝度を適度に低下できればよい。第1光反射層36が発光素子32からの光を完全に遮蔽することは、必須ではない。
第1光反射層36の母材の例は、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、BTレジン、ポリフタルアミド(PPA)などである。光反射性のフィラーとしては、金属の粒子、または、母材よりも高い屈折率を有する無機材料もしくは有機材料の粒子を用いることができる。光反射性のフィラーの例は、銀もしくはアルミニウムなどの金属の粒子、二酸化チタン、酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト、酸化ニオブ、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウムもしくは硫酸バリウムの粒子、または、酸化イットリウムおよび酸化ガドリニウムなどの各種希土類酸化物の粒子などである。
第1光反射層36は、白色の樹脂層に限定されない。第1光反射層36は、Ag膜もしくはAl膜などの金属膜または誘電体多層膜などの反射膜であってもよい。第1光反射層36は、白色の樹脂層と反射膜との複合体であってもよい。例えば、第1光反射層36は、白色の樹脂層と金属膜との複合体であってもよい。
[第2光反射層38]
第2光反射層38は、発光素子32の下面32b側に位置し、発光素子32の下面32bのうち電極32eの配置された領域以外の領域と、第2透光性部材34の下面とを覆う。第2光反射層38は、例えば、第1光反射層36と同様に、母材と、光反射性のフィラーとを含有する。光源130が第2光反射層38を有することにより、発光素子32の下面32b側からの光の漏れを低減でき、光の取出し効率の低下を回避し得る。
なお、面状光源1000に適用される光源が、第2透光性部材34、第1光反射層36および第2光反射層38のすべてを有していることは、本開示の実施形態において必須ではない。例えば、発光素子32の下面32b側に位置する第2光反射層38が省略されることがあり得る。光源130から第2透光性部材34が省略されてもよい。この場合、第1光反射層36は、発光素子32の上面32a上に直接に接する。さらにこの場合において、第2光反射層38が省略されてもよい。すなわち、発光素子32と、発光素子32の上面32a上の第1光反射層36とから構成される光源を面状光源1000に適用してもよい。あるいは、第2透光性部材34、第1光反射層36および第2光反射層38のいずれをも有しない発光素子32単体を光源130として利用することも可能である。
[導光部材120]
導光部材120は、配線基板1100の上面1100a側に位置する、透光性を有する概ね板状の部材である。導光部材120は、例えば150μm以上800μm以下の範囲の厚さを有する。
導光部材120は、アクリル、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタラート、ポリエステルなどの熱可塑性樹脂、または、エポキシ、シリコーンなどの熱硬化性樹脂で構成される。導光部材120の材料として、ガラスを用いてもよい。
本明細書における「透光性」の用語は、入射した光に対して拡散性を示すことをも包含するように解釈され、「透明」であることに限定されない。母材とは異なる屈折率を有する光拡散材が分散させられることにより、導光部材120が光拡散機能を有していてもよい。
導光部材120は、光源130からの光をその内部に伝播させて上面120aから出射させる機能を有する。導光部材120の上面120aは、典型的には、矩形状を有する。上面120aの矩形状の一辺の長さは、8.6mm程度であり得る。図1に示す例においては、複数の導光部材120の上面120aの集合が面状光源1000の発光面を構成している。
上述したように、導光部材120は、複数の溝部20gを有し得る。溝部20gは、例えば、面状光源1000において、互いに隣接する2つの単位構造100の境界に位置し、上面視において各単位構造100の導光部材120の第1貫通孔20hを取り囲む配置を有する。導光部材120が溝部20gを有することにより、例えばローカルディミング駆動下において、互いに隣接する2つの単位構造100の間におけるコントラスト比(光源が点灯させられた単位構造と、その単位構造に隣接し、かつ光源が消灯させられた単位構造との間における輝度変化の急峻さ)を有利に向上させ得る。
図2に示す例では、各溝部20gは、導光部材120の上面120aに位置する開口を含み、その底は、第2接着層180の上面にまで達している。溝部20gは、第2接着層180および光反射性シート114をも貫通して第1接着層112まで達していてもよい。支持体110に配線層116を形成したことに起因する、配線基板1100の応力の緩和の観点からは、第1接着層112に達する深さで溝部20gを形成すると有利である。
溝部20gの形状を規定する内側面は、断面視において、導光部材120の上面120aに垂直であってもよいし、図2に例示するように上面120aに対して傾いていてもよい。溝部20gの内側面は、断面視において段差を有していてもよい。
溝部20gの内部に光反射性の区画部材が配置されることもある。区画部材は、例えば、母材としての樹脂と、光反射性のフィラーとを含有する樹脂材料で構成される。区画部材の材料としては、第1光反射層36または第2光反射層38と同様の材料を用い得る。区画部材は、白色の樹脂層であり得る。
区画部材の材料は、樹脂を母材とする材料に限定されない。区画部材は、金属膜(Ag膜、Al膜など)、誘電体多層膜などの反射膜であってもよい。なお、区画部材は、その一部が導光部材120の上面120aを覆う形状を有していてもよい。
各溝部20gの上面視における幅は、例えば200μm以上1000μm以下である。なお、導光部材1200の外縁に位置する溝部20gは、省略されることがあり得る。
[第1透光性部材150]
第1透光性部材150は、導光部材120の第1貫通孔20h内に位置し、光源130を覆う。第1透光性部材150の材料には、樹脂を母材として含む材料を適用できる。第1透光性部材150の母材の典型例は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂である。光源からの光を導光部材120の内部に効率的に導入する観点からは、第1透光性部材150が導光部材120の材料と同等であるかあるいは導光部材120の材料よりも高い屈折率を有していると有利である。第1透光性部材150は、単層であってもよいし、後述するように、複数の層を含む積層構造を有していてもよい。
第1透光性部材150には波長変換材料を含有させることができる。また、波長変換材料に代えて、あるいは、波長変換材料に加えて、第1透光性部材150に光拡散材を含有させることもできる。なお、面状光源1000の製造工程において、導電部160の形成後の動作確認の際に、光源130からの光の色度が所期の色度からずれていることが判明することがある。そのような場合であっても、動作確認の結果に基づき、単位構造100ごとに第1透光性部材150中の波長変換材料の含有の有無および量を変えることにより、光源130を点灯させたときの第1透光性部材150の上面150aの色度を、面状光源1000中の複数の単位構造100の間で揃えることができる。第1透光性部材150に波長変換材料を含有させることは、事後的な色補正を可能にする。すなわち、所期の色度からのずれが発見された光源自体を取り換えることなく、面状光源1000の歩留まりを向上させ得る。
第1透光性部材150の上面150aは、その少なくとも一部が導光部材120の上面120aよりも低い位置にあってもよい。言い換えれば、第1透光性部材150の上面150aは、導光部材120の上面120aよりも配線基板1100の上面1100aに近い部分を有していてもよい。第1透光性部材150の上面150aが、導光部材120の上面120aよりも低い位置にある部分を含む場合、第1透光性部材150の上面120a上に第3透光性部材を配置してもよい。すなわち、第1貫通孔20h内に位置する透光性部材は、積層構造を有していてもよい。第1貫通孔20h内に第3透光性部材を配置する場合、第3透光性部材の上面を概ね平坦とし、かつ、導光部材120の上面120aに整合させてもよい。
第3透光性部材の材料は、第1透光性部材150と同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、第3透光性部材が、第1透光性部材150と同種の透光性樹脂を母材として含む場合、第3透光性部材および第1透光性部材150の屈折率をほぼ等しくし得る。第3透光性部材および第1透光性部材150の屈折率差の縮小により、第1透光性部材150と第3透光性部材との界面における反射が低減され、第1透光性部材150から第3透光性部材に光が効率的に導入されるようになる。第3透光性部材の屈折率を第1透光性部材150の屈折率よりも小さくしてもよい。この場合、第1透光性部材150中を伝播する光を第1透光性部材150と第3透光性部材との界面で反射させることができ、第3透光性部材の上面のうち光源130の直上の領域の輝度が高くなりすぎることを抑制し得る。
[光調整部材140]
面状光源1000中の発光領域100のそれぞれは、第1透光性部材150の上面150a上に位置する光調整部材140を有し得る。光調整部材140の材料には、第1光反射層36または第2光反射層38と同様の材料を用いることができる。光調整部材140に、第1光反射層36または第2光反射層38とは異なる材料を用いてもよい。光調整部材140は、例えば、多数の気泡を含む白色のポリエチレンテレフタラートの層であってもよい。
光調整部材140は、典型的には、導光部材120の上面120a側において第1貫通孔20hの全体を覆う。光調整部材140は、発光領域100の発光面のうち、第1透光性部材150の上面150a上に選択的に配置されてもよいし、その一部が導光部材120の上面120a上に配置されてもよい。光調整部材140の上面視における形状は、第1貫通孔20hの開口20aの形状に相似でなくてもよいし、相似であってもよい。
[支持体110]
支持体110は、導光部材120の上面120aとは反対側の下面120b側に位置し、導光部材120を支持する。支持体110の例は、フレキシブルプリント基板である。支持体110は、両面プリント基板であってもよいし、片面プリント基板であってもよい。
支持体110は、光源130の電極32eに対応する位置に第2貫通孔10hを有する。第2貫通孔10h内には、光源の電極32eを支持体110の下面110b上の配線層116に電気的に接続する導電部160が配置される。
図2に示す例では、支持体110の下面110bは、例えば樹脂から形成される絶縁層170で覆われている。絶縁層170は、支持体110の下面110b上の配線層116と、導電部160の一部とを覆う。
[第1接着層112]
第1接着層112は、支持体110と光反射性シート114との間に配置され、光反射性シート114を支持体110の上面110aに固定する。第1接着層112は、例えば、アクリルなどの樹脂材料で構成される接着層であり得る。ボンディングシートなどの、接着剤の層を有する公知の樹脂シートを第1接着層112として用いてもよい。後述の第2接着層180と同様に、第1接着層112は、光反射性を有していてもよい。
[光反射性シート114]
光反射性シート114は、支持体110と、光源130との間に位置し、導光部材120内部において支持体110側に向かって進行する光を導光部材120の上面120aに向けて反射させることにより、光の取出し効率を向上させる。
光反射性シート114は、例えば白色の部材であり、光反射性シート114の材料としては、光拡散材として光反射性のフィラーを含有する樹脂材料を適用できる。光反射性シート114は、例えば、ポリエチレンテレフタラートを母材として含む樹脂シートであり得る。光拡散材としては、例えば二酸化チタンの粒子を用いることができる。母材中に光拡散材を含有する材料で光反射性シート114を構成することに代えて、多数の気泡を含む白色のポリエチレンテレフタラートのシートを光反射性シート114として用いてもよい。
[第2接着層180]
第2接着層180としては、接着剤の層を有する公知の樹脂シートを用いることができる。例えば、シート状の光学用透明粘着剤(OCA)を第2接着層180に適用できる。
第2接着層180は、例えば光反射性のフィラーを含有することにより、光反射性を有していてもよい。第2接着層180が光反射性を有することにより、光源から導光部材120に導入されて導光部材120の下面に向かう光を第2接着層180により導光部材120の上面120aに向けて反射させることができ、光の取出し効率が向上する。
(面状光源の製造方法)
以下、面状光源1000の例示的な製造方法の概略を説明する。
まず、図10に示すように、下面110b側に配線層116が配置された支持体110を準備する。配線層116は、銅などの導電材料から形成され得る。支持体110の上面110aには、第1接着層112により光反射性シート114を接着する。図10に示す例では、光反射性シート114上にさらに第2接着層180を配置している。支持体110は、購入によって準備されてもよい。
次に、光源130の配置される領域ごとに一対の第2貫通孔10hを支持体110に形成する。支持体110の上面110a側に複数の光源130を例えば複数の行および列に配置する場合には、支持体110に、第2貫通孔10hの組が複数の行および列に設けられる。図11に示す例では、第1接着層112、光反射性シート114および第2接着層180の積層体にも、支持体110の第2貫通孔10hに連通する貫通孔を形成している。
第2貫通孔10hは、パンチングまたはレーザ加工などにより形成できる。支持体110への第2貫通孔10hの形成の際、第1接着層112、光反射性シート114および第2接着層180にも一括して貫通孔を形成してよい。貫通孔の開口の形状は、円形状に限定されず、任意の形状であってよい。例えば、貫通孔の開口の形状は、角部が丸みを帯びた三角形などの略多角形であってもよい。貫通孔の開口の形状は、電極32eの下面32ebの外形にしたがった形状、例えば、下面32ebの外形に相似な形状であってもよい。
次に、透光性を有する、例えば樹脂シートを準備し、樹脂シートの所定の箇所に第1貫通孔20hを形成することにより、導光部材1200を得る。第1貫通孔20hの形成方法に特に限定は無く、パンチングまたはレーザ加工などを適用し得る。導光部材1200は、単層構造に限定されず、積層構造を有していてもよい。例えば、複数の透光性シートの積層後に第1貫通孔20hを形成することにより、導光部材1200を得てもよい。
導光部材1200の準備後、第2接着層180によって導光部材1200を光反射性シート114に接合する。このとき、図12に示すように、支持体110に設けられた一対の第2貫通孔10hが、支持体110の上面110aの法線方向に見た上面視において導光部材1200の第1貫通孔20hの内側に位置するようにして、第2接着層180上に導光部材1200を配置する。
図12に示す例では、導光部材1200の上面1200aに表れた、第1貫通孔20hの開口20aは、円形状を有している。また、第1貫通孔20hの内側面20cは、支持体110の上面110aに対して垂直である。すなわち、この例では、第1貫通孔20hは、円柱形状を有する。第1貫通孔20hの形状は、円柱形状に限定されず、求める光学特性に応じて適宜変更され得る。
その後、必要に応じて、ダイシングブレード、超音波カッターなどを用いて導光部材1200に複数の溝部20gを形成する。図13に示す例では、溝部20gの形成により、導光部材1200が複数の導光部材120に分割される。なお、この例では、溝部20gは、第2接着層180まで達しており、複数の導光部材120は、互いに空間的に分離されている。あるいは、第1接着層112に達する深さで溝部20gを形成することにより、導光部材1200と同様に、第2接着層180および光反射性シート114のそれぞれを複数の部分に分割してもかまわない。なお、溝部20gが第2接着層180まで達していることは、本開示の実施形態において必須ではない。複数の導光部材120が互いに空間的に分離されないこともあり得る。
次に、図14に示すように、別途に準備した光源130を、第2接着層180のうち導光部材120の第1貫通孔20h内に露出された部分上に配置する。光源130の配置に際しては、第2接着層180に形成された貫通孔、あるいは、導光部材120の第1貫通孔20hの開口20aを位置合わせの基準に利用できる。具体的には、光源130に含まれる発光素子32の電極32eが上面視において支持体110の第2貫通孔10hに重なるように光源130を第2接着層180上に配置する。支持体110の第2貫通孔10hは、光源130の配置により閉塞される。
支持体110の第2貫通孔10hが光源130によって閉塞されていることを確認後、第2貫通孔10h内に導電部160を配置する。典型的には、導電部160の形成工程では、例えば、支持体110、第1接着層112、光反射性シート114および第2接着層180に設けられた貫通孔を導電ペーストで充填した後、加熱により導電ペーストを硬化させる。このとき、導電ペーストは、支持体110の下面110bに配置された配線層116に接触するように、配線層116上まで延ばされ得る。導電ペーストの硬化により、図15に示すように、一端が光源130の電極32eに接続された導電部160を得られる。
次に、ポッティングなどにより、導光部材120の第1貫通孔20h内を透光性の樹脂材料で充填する。樹脂材料の硬化により、図15に示すように、光源130を覆う第1透光性部材150を第1貫通孔20h内に形成できる。このとき、第1貫通孔20h内に配置される樹脂材料の粘度などをフィラーの含有量などによって調整することにより、例えば樹脂材料の硬化収縮を利用して、第1貫通孔20hの下側の隅部に空隙GPを形成し得る。第1貫通孔20h内に配置される樹脂材料は、例えば0.1Pa・s以上3.0Pa・s以下の範囲の粘度を有することが好ましい。ポッティングにより第1貫通孔20h内を樹脂材料で充填する場合、まず光源130の周囲に樹脂材料を付与し、続けて光源130の上方に樹脂材料を付与することが好ましい。
図15に示す例では、第1透光性部材150の上面150aは、導光部材120の上面120aに整合している。第1透光性部材150の上面150aは、概ね平坦な面であってもよいし、曲面であってもよい。第1透光性部材150の上面150aは、導光部材120の上面120aに対して盛り上がった形状、あるいは、導光部材120の上面120aの位置から支持体110に向かって窪んだ形状であってもよい。
第1透光性部材150の形成後、第1透光性部材150の上面150a上に光調整部材140を配置してもよい。図16に示すように、光調整部材140は、第1透光性部材150の上面150aだけでなく、導光部材120の上面120aの一部をも覆っていてもよい。
さらに、図16に示す例のように、導電部160のうち支持体110の下面110b上に現れた部分と、配線層116とを覆う絶縁層170を支持体110の下面110b側に配置してもよい。絶縁層170は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂またはアクリル樹脂などから例えば印刷および紫外線の照射により形成され、導電部160および配線層116を保護する機能を有する。なお、光調整部材140を形成する工程と、絶縁層170を形成する工程とは、いずれが先に実行されてもかまわない。絶縁層170の形成の後に光調整部材140が形成されることもあり得る。
必要に応じ、導光部材1200を支持する構造の外形を切断によって整え、延伸部110tを形成する。以上の工程により、図1に示す面状光源1000を得られる。